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包钢炼铁厂ENS烧结烟气除氟脱硫工艺

2021-10-15 11:02:42| 来源:| 编辑:| 点击:0次

包钢炼铁厂ENS烧结烟气除氟脱硫工艺

摘要:包钢烧结机头烟气除氟脱硫从上世纪60年代建成初期就采用的喷淋塔湿法工艺,运行了近40年。从2001年起,包钢人开始寻求用新技术对原有湿法喷淋塔工艺进行改造。经过几年的研究、探索、工程实践,完成了采用ENS半干法脱硫工艺代替旧工艺的技术、设计、工程实施、工程检验等工作。陆续在新建的三烧(1X 265m2烧结机)、改造一烧(2×180m2烧结机)工程中应用,取得了年节水600万t/h,减排S0z约4.5万吨/年,减排氟约2000吨/年,改善了湿法酸雨对地面生产生活的影响,减少了大量操作管理人员、减轻了设备维护工作等显著效果。实践证明,这一环保技术的进步,不仅让包钢烟气脱硫除氟的技术水平在国内同行中处于领先、达到了国际先进水平,而且在节能、减排上,为企业做出了巨大贡献,经济效益和环保效益十分明显。

关键词:烧结,环境保护,脱硫,脱氟

1历史情况介绍

包头钢铁集团(公司)虽然地处我国西北内蒙古地区,但是其烧结生产中的机头烟气净化工作一直在国内行业中地位特殊。早在上世纪60一90年代,国内各大钢厂的烧结烟气都仍采用除尘加高空直排时,包钢对所有烧结机头烟气已进行了除尘加喷淋塔湿法工艺,对烟气进行了除氟脱硫净化。这主要是因为包钢的自有铁矿一一白云鄂博矿中含有较高的氟,为了对周边的环境负责,所以使用了这套烟气净化工艺。

湿法除氟脱硫工艺经过近40年的运行,无疑对包头地区的环境保护做出了巨大贡献,但为此包钢也付出了巨大的代价。首先是对水资源的巨大消耗和对水体的二次污染。原一烧、二烧的喷淋塔,每年耗水近 600万吨/年,排放的含有氟、高酸性、高钙离子的污水近500万吨/年。不仅使吨钢耗水量居高不下,全公司用水量吃紧,而且大量污水、泥浆外排,形成一个巨大的尾矿坝,影响了周边的农田、作物、居民生活。

其次是喷淋塔形成的酸雨严重影响了工厂该区域内的生产、交通和职工生活。由于采用的湿法工艺不完备,烟囱排出的烟气含水常年处于过饱和状态,所以,酸雨飘落地面,形成一年四季地面湿滑,对该区域内的生产设备、过往车辆严重腐蚀,严重影响行人通行等问题。

第三是除氟脱硫设备、管道、烟囱腐蚀结垢严重,维护工作量大,维修费用高,难以保证常年正常运行。平均每年因更换管道、设备、内衬材料的费用在200—500万元/年。

第四是除氟脱硫效率低,难以达到环保要求。经过近40年的运行经验,该套工艺的除氟效率在40一 60%之间、脱硫效率在20~40%之间。

因此,包钢从上世纪90年末认识到这种低效率、高运行费用、高维护费用的湿法烟气除氟脱硫工艺,已很难适应现代企业的要求。

2 选择新工艺,要着眼现在,兼顾未来

面对以上诸多的问题,包钢在上世纪末和2000年初,对国内的烟气净化工艺进行了多次考察,但那时国内钢厂的烧结烟气净化工程实例几乎没有,而针对湿法工艺的技术改造也很难满足包钢的现实要求。

首先是改造现有湿法工艺,对于已建的工程,场地很难满足要求。完整的湿法工艺,需要较大的场地,增加较多的设备和设施,这对于改造工程很难找到合适的场地。

其次是采用完备先进的湿法工艺,其运行费用较高,对于含硫含氟不太高的烧结烟气而言,很难承受。基于以上条件和运行费用等原因,包钢与北京科大联创冶金技术有限公司的合作,开始对国外的成功技术进行研究、实验和考察。

经过2001年到2004年的多次技术论证、工业性实验、出国考察,包钢终于决定采用从德国引进的ENS 半干法技术对现有湿法喷淋塔进行技术改造。这项技术之所以在众多国外先进技术中,最终被采用,主要基于它不仅可以解决包钢原有湿法的诸多问题,而且还具有现在、未来同时兼顾等优点。

1、工艺是成熟、先进的。包钢在2004年现场工业性实验成功的基础上,对欧洲的德国、卢森堡等多家企业进行了考察,看到了在德国等欧洲国家相同的工艺在钢铁、垃圾电厂、建材等企业大量应用,运行效果情况良好,而且常用于旧工艺的改造,所以其成熟性和先进性是肯定的。

2、该工艺的很大优势还在于具有前瞻性。该技术不仅具有节能的优势,用水量只是湿法的i/IO,用电约是湿法的i/2;不仅没有管道、设备腐蚀、结垢、酸雨等问题,除氟脱硫效率大大提高,而且可以根据实际情况的要求,选择电除尘器、布袋除尘器、填加活性炭等工艺,对要求的不同除氟脱硫效率采用适用的工艺,还可以随着要求的提高,只需改造除尘器形式等,完成更高的除氟脱硫去除率和去除二恶英要求,这就保证了在将来环保要求不断提高的情况下,该工艺不需要大的改造,就能实现这些未来的要求。

3、通过与北京科大联创冶金技术有限公司共同的研究和技术攻关,解决了国外成套技术费用高、成套设备费用高,技术标准高等问题,使其在保留国外核心技术和核心设备的同时,适用于目前国内企业的能力和要求。这些工作主要有:

1)技术费用谈判上,变一次性技术转让为按工程数量收取技术费。

2)不采用成套设备的引进,而是只保留核心设备的引进,并选用直接与单体设备供应商签约的形式,其他设备全部国内配套,使工程投资只有欧洲的1/10,比国内电厂相同规模的脱硫工程投资还少。

3)按照国内目前的环保要求和包钢的实际需要,修改工艺配置,做到现在未来同时兼顾。

3 包钢在新建的三烧(1×265m2烧结机)、改造一烧(2 X 180m2烧结机)工程中应用情况

该三烧烟气净化工程从2004年5月开始设计,2004年11月开始施工,于2005年5月投产。至今已运二年多。

包钢三烧运行的ENS半干法除氟脱硫设施,共有两条套,每套处理气量为:87万m3/h,检测结果为:除氟率>95%,脱硫率>70%。

运行二年多的时间表明,ENS半干法工艺具有以下特点:

1)除氟脱硫效率较高。超过了设计规定的除氟脱硫效率。 2)用水为湿法的1/15。 3)元废水。 4)系统阻力小,ENS半干法反应塔阻力在200Pa左右。 5)反应产物为干粉,可综合利用于水泥、道路等行业。 6)元管道、设备腐蚀、结垢。 7)排出烟气为干态,不飘酸雨。

2、包钢一烧(2X180m2烧结机)264万m3/h风量的烟气净化工程

主要工艺流程:

该工程为一烧工艺改造的配套工程。在主抽风机后原有喷淋塔,采用的是湿法喷淋塔工艺,每年用新水约300万吨/年,平均维护费用在350万元/年,除氟效率约40%,脱硫效率约20%。

2007年配合生产工艺的改造,采用了以ENS半于法改造喷淋塔湿法的工艺,将原有的五座喷淋塔中四座改为ENS半干法的反应塔,并在ENS半干法反应塔后新增四座四电场高效电除尘器,这样使除氟率可以达到95%,脱硫率达可以到80%以上,含尘排放浓度<80mg/Nm3。每年可减少用水300万吨/年,减少废水排放200万吨/年,减少SO:排放约2万吨/年,减少氟排放约1000吨/年,节约运行费用约300万元/年。可以达到目前国家对包钢要求的环保指标和总量控制指标。

一烧除氟脱硫改造工程,不仅考虑了采用ENS半干法工艺,而且大胆尝试了利用主抽风机余压,采用正压除氟脱硫除尘工艺,节约了新增风机的费用,同时还预留了将来采用布袋除尘器,到达更高环保要求和对二恶英除尘的手段。

为了解决正压系统在粉料输送方面的问题,采用了气力输送方式,共有40套气力输送装置,分别完成物料循环、反应塔、电除尘器底灰输送等工作。

一烧除氟脱硫改造工程是在现有的湿法工艺的原址进行,虽然施工难度很大,但经过精心组织,合理安排,目前工程施工已顺利完成,正进入热负荷调试阶段。

4 ENS半干法在烧结机头烟气脱硫除氟及去除二恶英、可吸入颗粒的技术原理及特点

烧结机头烟气相对于其它工业的烟气,有其自身的一些特点,根据我们的实践经验,可归纳为:

1)烧结机头烟气量大,SO:的浓度较低。这要求选用的脱硫工艺针对中、低浓度SO:具有优势的脱硫工艺。

2)烟气量、温度、SO:浓度波动范围较大。这是烧结烟气不同于其它烟气的很重要的特殊性。所以要求采用的脱硫工艺要具有适应这些波动的能力。

3)污染物成分较复杂,我国环保要求会越来越高,越来越全面,因此烟气净化工艺要求能满足这些要求。

ENS半干法主要工艺原理为:在现场储备满足要求的碱性钙粉,根据出口SO:的设定值,在线按需要量,经计量后,投加至大烟道,并与烟气混合进入反应塔。反应塔设雾化器,利用压缩空气将清水雾化,并根据反应塔前后温度自动控制雾化水量,保证反应和出塔烟气干燥。除尘器集灰部分循环使用。

ENS半干法针对烧结机头烟气的特点,在工艺上采用了:

1)针对中低浓度的SO。等酸性成分的去除,做到在线调节中和剂和循环量的投加,确保到达较高去除率的同时,降低运行费用。

2)雾化与粉料增湿分开,具备二个强化反应的技术手段,不仅工艺简洁,反应器简单,操作运行可靠,而且适应烧结烟气湿度的大幅度波动。

3)雾化与反应同步进行,有效控制温度、湿度,利用雾化形成的温度流速场中的温度梯度,实现有序高效的混合与反应。

4)反应器为上进气、下出气,顺流形式,不仅适应风量较大幅度的变化,而且反应塔压降仅有200— 300Pa。

5)利用扫带(entrained flow)原理,在管道上完成物料循环使用,不仅实现残余中和剂的二次反应,而且避免了反应器堵塞、阻力大等缺点。

6)后续除尘如果采用布袋除尘器,可以实现去除二恶英、可吸人颗粒等污染物,可以达到欧盟标准。

5 结论

包钢炼铁厂通过对原有烧结机头烟气净化工艺的改进,选用了先进、可行、适用的ENS半干法除氟脱硫技术,对三烧和一烧机头烟气完成了示范工程的建设和改造。实践证明,该技术先进,为公司节能减排,改善环境做出了巨大贡献。

就目前在两个烧结车间使用新技术的情况看,可为公司节约用水近600万吨/年,减少氟排放近2000 吨/年,减少SO:排放近4.5万吨/年,减少废水排放近500万吨/年,不仅在经济、环保上取得了显著效益,而且促进了包钢环保技术的进步,树立了包钢良好的企业形象。

包钢通过这项工作的实践,证明只要采用了国际先进的技术,搞好环保对于企业来说,不仅不是负担,而且可以达到节能减排,经济、社会效益双丰收的效果。

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